Question

以黄铜矿精矿为原料，制取金属铜的工艺如下所示：Ⅰ．将黄铜矿精矿（主要成分为CuFeS2，含有少量CaO、MgO

以黄铜矿精矿为原料，制取金属铜的工艺如下所示：Ⅰ．将黄铜矿精矿（主要成分为CuFeS2，含有少量CaO、MgO、Al2O3）粉碎．Ⅱ．采用如图所示装置进行电化学浸出实验．将精选黄铜矿粉加入电解槽的阳极区，恒速搅拌，使矿粉溶解．在阴极区通入氧气，并加入少量催化剂．Ⅲ．一段时间后，抽取阴极区溶液，向其中加入有机萃取剂（RH）发生反应：2RH（有机相）+Cu2+（水相）?R2Cu（有机相）+2H+（水相）分离出有机相，向其中加入一定浓度的硫酸，使Cu2+得以再生．Ⅳ．电解硫酸铜溶液制得金属铜．（1）黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应：CuFeS2+4H+═Cu2++Fe2++2H2S↑ 2Fe3++H2S═2Fe2++S↓+2H+阳极区硫酸铁的主要作用是______．（2）阴极区，电极上开始时有大量气泡产生，后有红色固体析出，一段时间后红色固体溶解．写出析出红色固体的反应方程式______．（3）若在实验室进行步骤Ⅲ，分离有机相和水相的主要实验仪器是______． （4）步骤Ⅲ，向有机相中加入一定浓度的硫酸，Cu2+得以再生的原理是______．（5）步骤Ⅳ，若电解200mL0.5mol/L的CuSO4溶液，生成铜3.2g，此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是______．

Answer 1

（1）由发生的反应可知，Fe³⁺氧化吸收硫化氢气体，防止环境污染，
故答案为：吸收硫化氢气体，防止环境污染；
（2）首先氢离子放电生成氢气，反应一段时间，铜离子放电生成铜，再通入氧气的条件下Cu、氧气、硫酸反应生成硫酸铜，发生的反应依次为：2H⁺+2 e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，析出红色固体的反应方程式Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案为：Cu²⁺+2e^-=Cu；
（3）有机相和水相不互溶，分离有机相和水相通常利用分液的方法，使用的仪器为分液漏斗，
故答案为：分液漏斗；
（4）向有机相中加入一定浓度的硫酸，增大H⁺浓度，使平衡2RH（有机相）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有机相）+2H⁺（水相）逆向移动，Cu²⁺进入水相得以再生，
故答案为：增大H⁺浓度，使平衡2RH（有机相）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有机相）+2H⁺（水相）逆向移动，Cu²⁺进入水相得以再生；
（5）电解uSO₄溶液，发生反应2CuSO₄+2H₂O

通电  .

2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，200mL 0.5mol/L的CuSO₄溶液中n（CuSO₄）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，生成铜3.2g，物质的量为

3.2g

64g/mol

=0.05mol，故生成H₂SO₄0.05mol，溶液中CuSO₄为0.1mol-0.05mol=0.05mol，电解后的溶液为CuSO₄、H₂SO₄混合溶液，溶液呈酸性，溶液中铜离子水解、水发生电离，故n（H⁺）＞0.05mol×2=0.1mol，n（SO₄^2-）=0.1mol，n（Cu²⁺）＜0.05mol，溶液中氢氧根浓度很小，故c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-），
故答案为：c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-）．